JP2017218827A - 地山の塑性圧によるトンネル変形に関する地質の三次元構造を考慮した原因推定方法及びその対策工が必要な範囲を把握するための調査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】地山の塑性圧を原因としたトンネル変形の原因調査の方法を確立し、それにより、建設時、完成後ともに経済的、社会的損失の対策工が必要な範囲を把握するための調査方法を提供する。【解決手段】地山の塑性圧によるトンネル変形に関する地質の三次元構造を考慮した原因推定方法であって、（ａ）まず、地山性状の把握を行い、（ｂ）次に、切羽スケッチから地質の三次元構造を推定し、（ｃ）次いで、数値解析を実施する。【選択図】 図１

Description

本発明は、地山の塑性圧によるトンネル変形に関する地質の三次元構造を考慮した原因推定方法及びその対策工が必要な範囲を把握するための調査方法に関するものである。

（１）山岳工法で施工されるトンネルでは、施工時にしばしば地山の塑性圧に起因した掘削断面の縮小が生じる。縮小量が著しく大きい場合には、縫い返し等の措置を行うことにより、経済的な損失が生じることがある。このような事象を防止するためには、トンネル掘削時に適切な支保パターンや補助工法を用いる必要がある。また、このような事象が生じる可能性のある区間を調査、設計時において予測するために様々な指標が提案されている。

例えば、地山の膨張性を示す指標とそのデータ収集方法（下記非特許文献２、ｐ１７０参照）

また、施工段階（トンネル坑内）における変状予測のための調査・計測（下記非特許文献２、ｐ１７６参照）

しかしながら、このような事象は依然として多い。

(２) 完成後のトンネルにおいても、地山の塑性圧を原因と考えられる盤ぶくれなどのトンネル変形がしばしば生じている。トンネルは社会資本として重要な構造物であることから、使用に制限が生じた場合の社会的損失は非常に大きいものとなる。また、最悪の場合には安全性を脅かすことになる。完成後のトンネルにおいては、使用中であるために原因調査が十分に出来ない。特に鉄道トンネルは他に迂回ルートを設定することが難しいこと、レールなどの軌道設備があるため、調査は他のインフラと比べて制約が多いため、効率的な調査原因の把握をしたうえで影響範囲を推定する必要がある。

(３) トンネル変状対策工の設計に関する考え方は各種マニュアルなどに整理されている（例えば、下記非特許文献１、2 参照）。

しかしながら、トンネル変形の主な原因と考えられる地山の塑性圧に関する地質学的な原因推定の考え方、調査フローは整理されていないのが現状である。

（財）鉄道総合技術研究所：変状トンネル対策工設計マニュアル、（財）鉄道総合技術研究所、ｐ３２３，１９９８ 土木学会岩盤力学委員会トンネル変状メカニズム研究小委員会：トンネルの変状メカニズム、（社）土木学会、ｐ２６９，２００３ 川越 健、嶋本 敬介、野城 一栄：泥質岩中の割れ目の密集部がトンネルの変状に与える影響の検討、第４４回岩盤力学に関するシンポジュウム講演集、ｐｐ．２９５−３００，２０１６ 嶋本 敬介、野城 一栄、小島 芳之、塚田和彦、朝倉俊弘：建設時の影響を考慮した山岳トンネルの路盤隆起現象とその対策工に関する研究、土木学会論文集Ｆ１，Ｖｏｌ．６９，Ｎｏ．２，ｐｐ．１０５−１２０，２０１３

しかしながら、地山の塑性圧を原因としたトンネル変形の原因調査の方法が確立されていないために、調査に時間を要する。また、事前に把握されていないために建設時、完成後ともに経済的、社会的損失が生じる。

本発明は、上記状況に鑑みて、地山の塑性圧を原因としたトンネル変形の原因調査の方法を確立することにより、建設時、完成後ともに経済的、社会的損失の対策工が必要な範囲を把握するための調査方法を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕地山の塑性圧によるトンネル変形に関する地質の三次元構造を考慮した原因推定方法であって、（ａ）まず、地山性状の把握を行い、（ｂ）次に、切羽スケッチから地質の三次元構造を推定し、（ｃ）次いで、数値解析を実施することを特徴とする。

〔２〕前記〔１〕記載の地山の塑性圧によるトンネル変形に関する地質の三次元構造を考慮した原因推定方法において、前記（ａ）において、計測結果や既往の指標に加えて、割れ目に関する調査、試験を行い、トンネル周辺の地山性状を把握し、変形原因の推定を行うことを特徴とする。

〔３〕前記〔２〕記載の地山の塑性圧によるトンネル変形に関する地質の三次元構造を考慮した原因推定方法において、スレーキング試験や吸水膨張試験を行い、スレーキングや吸水膨張特性を把握することを特徴とする。

〔４〕前記〔１〕記載の地山の塑性圧によるトンネル変形に関する地質の三次元構造を考慮した原因推定方法において、前記（ｂ）において、トンネルの変状箇所の地質構造を切羽観察記録から推定し、３つの地山タイプに区分し、この段階で構造を考慮する必要が無い場合は類似設計、標準設計などの方法をとることを特徴とする。

〔５〕前記〔１〕記載の地山の塑性圧によるトンネル変形に関する地質の三次元構造を考慮した原因推定方法において、前記（ｃ）において、地質の三次元構造がトンネル変形に影響していると判断され、かつ数値的検討が必要と判断された場合は、推定した三次元構造データから、三次元逐次掘削解析と破壊接近度に応じた強度劣化モデルにより、トンネル掘削時から供用後までを一貫してモデル化する解析手法を実施することを特徴とする。

〔６〕前記〔１〕記載の地山の塑性圧によるトンネル変形に関する地質の三次元構造を考慮した原因推定方法に基づいて、トンネル変状メカニズムの推定、その対策工が必要な範囲を把握することを特徴とする。

〔７〕前記〔６〕記載の対策工が必要な範囲を把握するための調査方法において、トンネル掘削時のトンネル変形の場合には、完成後に変状が発生すると予測された箇所の補強をすることを特徴とする。

〔８〕前記〔７〕記載の対策工が必要な範囲を把握するための調査方法において、前記完成後に変状が発生すると予測された箇所の補強が支保の増強、覆工の繊維補強、インバート形状の変更であることを特徴とする。

〔９〕前記〔６〕記載の対策工が必要な範囲を把握するための調査方法において、トンネル完成後の変形を対象とする時には、盤ぶくれの場合はアンカー工等の対策工の施工範囲、長さを決定することを特徴とする。

本発明によれば、既往の対策工選定フローの中で効率的にトンネルに作用する塑性圧の原因を推定し、設計手法を選定する。これにより、完成後のトンネル変形についてはその原因の推定が容易になるとともに、対策を実施すべき範囲が明確になる。そのため、社会的なリスク低減に繋がる。

本発明の実施例を示す地山の塑性圧によるトンネル変形に関する地質の三次元構造を考慮した原因推定方法およびその対策工設計選定のフローチャートである。 本発明の実施例を示す地山タイプの推定模式図である。 本発明の実施例を示す地質の三次元構造を考慮する例の模式図である。

本発明の地山の塑性圧によるトンネル変形に関する地質の三次元構造を考慮した原因推定方法及びその対策工が必要な範囲を把握するための調査方法は、（ａ）まず、地山性状の把握を行い、（ｂ）次に、切羽スケッチから地質の三次元構造を推定し、（ｃ）次いで、数値解析を実施する。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１は本発明の実施例を示す地山の塑性圧によるトンネル変形に関する地質の三次元構造を考慮した原因推定方法およびその対策工設計選定のフローチャート、図２はその地山タイプの推定模式図であり、図２において、１は地山、２はトンネル、ａ，ｂ，ｃは地山タイプである。図３はその地質の三次元構造を考慮する例の模式図であり、１１は地山、１２はトンネル、１３は割れ目の多いゾーン、１４は盤ぶくれ危険箇所である。

図１に示すように、まず、ステップＳ１において、対策を要する地山の塑性圧によるトンネル変形の確認を行う。次に、ステップＳ２において、地山性状を把握する〔既往指標、岩石試験（スレーキング試験、吸水膨張試験など）〕、割れ目の分布、多募（切羽スケッチの確認）。次に、ステップＳ３において、地山タイプの推定を行う（例えば、図２参照）。次に、ステップＳ４において、地質の三次元構造を考慮する（例えば、割れ目の多いゾーン、盤ぶくれ危険箇所：図３参照）。次に、ステップＳ５において、トンネル断面外の地層の分布の推定を行う。次に、ステップＳ６において、解析的検討が必要かどうか判断する。次に、ステップＳ７において、変形メカニズム、範囲などの把握する。次に、ステップＳ８において、地質の三次元構造を考慮した対策工の設計をする。次に、ステップＳ９において、ステップＳ４、ステップＳ６がＮｏの場合には類似設計、標準設計などの適用が必要か検討する。

このように、本発明によれば、
（１）まず、地山性状の把握を行う。

計測結果や既往の指標に加えて、割れ目に関する調査、試験などを行い、トンネル周辺の地山性状を把握し、変形原因の推定を行う。この時、スレーキング試験や吸水膨張試験を行い、スレーキングや吸水膨張特性を把握することが有効である。

（２）次いで、切羽スケッチから地質の三次元構造を推定する。

トンネルの変状箇所の地質構造を切羽観察記録から推定し、図２に示す３つの地山タイプに区分する。この段階で構造を考慮する必要が無い場合は類似設計、標準設計などの方法をとると判断できる。

（３）次いで、数値解析を実施する。

地質の三次元構造がトンネル変形に影響していると判断され、かつ数値的検討が必要と判断された場合は、推定した三次元構造データなどから上記非特許文献４における数値解析、つまり、三次元逐次掘削解析と破壊接近度に応じた強度劣化モデルにより、トンネル掘削時から供用後までを一貫してモデル化する解析手法を実施し、トンネル変状メカニズムの推定、対策工が必要な範囲を把握する。

（４）最後に、解析により対策工を検討する。

トンネル掘削時のトンネル変形（地山の変状）の場合には、完成後に変状が発生すると予測された箇所の補強をする（支保の増強、覆工の繊維補強、インバート形状の変更など）。

トンネル完成後の変形を対象とする時には、例えば盤ぶくれの場合はアンカー工などの対策工の施工範囲、長さを決定する。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。

本発明の地山の塑性圧によるトンネル変形に関する地質の三次元構造を考慮した原因推定方法及びその対策工が必要な範囲を把握するための調査方法は、地山の塑性圧を原因としたトンネルの変形に原因調査の方法を確立することにより、建設時、完成後ともに経済的、社会的損失の対策工が必要な範囲を把握するための調査方法として利用可能である。

１、１１ 地山
２、１２ トンネル
ａ，ｂ，ｃ 地山タイプ
１３ 割れ目の多いゾーン
１４ 盤ぶくれ危険箇所

Claims (9)

1. （ａ）まず、地山性状の把握を行い、（ｂ）次に、切羽スケッチから地質の三次元構造を推定し、（ｃ）次いで、数値解析を実施することを特徴とする地山の塑性圧によるトンネル変形に関する地質の三次元構造を考慮した原因推定方法。
2. 請求項１記載の地山の塑性圧によるトンネル変形に関する地質の三次元構造を考慮した原因推定方法において、前記（ａ）において、計測結果や既往の指標に加えて、割れ目に関する調査、試験を行い、トンネル周辺の地山性状を把握し、変形原因の推定を行うことを特徴とする地山の塑性圧によるトンネル変形に関する地質の三次元構造を考慮した原因推定方法。
3. 請求項２記載の地山の塑性圧によるトンネル変形に関する地質の三次元構造を考慮した原因推定方法において、スレーキング試験や吸水膨張試験を行い、スレーキングや吸水膨張特性を把握することを特徴とする地山の塑性圧によるトンネル変形に関する地質の三次元構造を考慮した原因推定方法。
4. 請求項１記載の地山の塑性圧によるトンネル変形に関する地質の三次元構造を考慮した原因推定方法において、前記（ｂ）において、トンネルの変状箇所の地質構造を切羽観察記録から推定し、３つの地山タイプに区分し、この段階で構造を考慮する必要が無い場合は類似設計、標準設計などの方法をとることを特徴とする地山の塑性圧によるトンネル変形に関する地質の三次元構造を考慮した原因推定方法。
5. 請求項１記載の地山の塑性圧によるトンネル変形に関する地質の三次元構造を考慮した原因推定方法において、前記（ｃ）において、地質の三次元構造がトンネル変形に影響していると判断され、かつ数値的検討が必要と判断された場合は、推定した三次元構造データから、三次元逐次掘削解析と破壊接近度に応じた強度劣化モデルにより、トンネル掘削時から供用後までを一貫してモデル化する解析手法を実施することを特徴とする地山の塑性圧によるトンネル変形に関する地質の三次元構造を考慮した原因推定方法。
6. 請求項１記載の地山の塑性圧によるトンネル変形に関する地質の三次元構造を考慮した原因推定方法に基づいて、トンネル変状メカニズムの推定、その対策工が必要な範囲を把握することを特徴とする対策工が必要な範囲を把握するための調査方法。
7. 請求項６記載の対策工が必要な範囲を把握するための調査方法において、トンネル掘削時のトンネル変形の場合には、完成後に変状が発生すると予測された箇所の補強をすることを特徴とする対策工が必要な範囲を把握するための調査方法。
8. 請求項７記載の対策工が必要な範囲を把握するための調査方法において、前記完成後に変状が発生すると予測された箇所の補強が支保の増強、覆工の繊維補強、インバート形状の変更であることを特徴とする対策工が必要な範囲を把握するための調査方法。
9. 請求項６記載の対策工が必要な範囲を把握するための調査方法において、トンネル完成後の変形を対象とする時には、盤ぶくれの場合はアンカー工等の対策工の施工範囲、長さを決定することを特徴とする対策工が必要な範囲を把握するための調査方法。

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